Ciclos Biogeoquímicos: Nitrogênio e Oxigênio

Ciclo do Nitrogênio

O ciclo do nitrogênio consiste na incorporação de átomos de nitrogênio de substâncias inorgânicas do ambiente em moléculas orgânicas de seres vivos, e sua posterior devolução ao meio não vivo. Átomos de nitrogênio fazem parte de diversas substâncias orgânicas, entre elas proteínas e ácidos nucleicos. O maior reservatório de nitrogênio do planeta é a atmosfera, onde esse elemento químico ocorre na forma de gás nitrogênio (N₂), perfazendo cerca de 79% do volume de gás atmosférico. A grande maioria dos seres vivos não consegue utilizar o nitrogênio na forma molecular (N₂). Por isso, dependem de poucas espécies de bactérias, conhecidas genericamente como bactérias fixadoras de nitrogênio, que são capazes de utilizar diretamente o N₂, incorporando os átomos de nitrogênio em suas moléculas orgânicas. Essa incorporação de N₂ em compostos orgânicos nitrogenados é denominada fixação do nitrogênio.

Fixação do Nitrogênio

As bactérias fixadoras de nitrogênio podem ser de vida livre, como as cianobactérias, ou viver no interior das células de organismos eucarióticos, como os rizóbios (gênero Rhizobium), que vivem associados principalmente às raízes de plantas leguminosas (feijão, soja, ervilha, etc.). As bactérias do gênero Rhizobium invadem as raízes de plantas leguminosas jovens, instalando-se e reproduzindo-se no interior de suas células. As invasoras estimulam a multiplicação das células infectadas, o que leva à formação de tumores conhecidos como nódulos. Graças à associação com rizóbios, as plantas leguminosas conseguem viver em solos pobres em compostos nitrogenados. Os rizóbios, por sua vez, também se beneficiam dessa associação, pois utilizam como alimento substâncias orgânicas produzidas pela planta. Ao morrer e se decompor, as plantas leguminosas liberam, na forma de amônia, o nitrogênio de suas moléculas orgânicas, fertilizando o solo.

Nitrificação

O principal produto resultante da degradação de substâncias orgânicas nitrogenadas é a amônia (NH₃). Embora algumas plantas consigam aproveitar diretamente essa substância, o composto nitrogenado mais facilmente assimilado pelos vegetais é o nitrato (NO₃⁻). O processo de formação de nitratos no solo é denominado nitrificação e ocorre pela ação conjunta de dois grupos de bactérias quimiossintetizantes:

• Nitrossomas: realizam a oxidação da amônia, combinando-a com gás oxigênio para produzir nitrito (NO₂⁻), liberando energia para seu metabolismo.
• Nitrobacter: oxidam o nitrito (tóxico para plantas) transformando-o em nitrato (NO₃⁻), também liberando energia.

Os nitratos são altamente solúveis em água e absorvidos pelas raízes. No interior das células vegetais, o nitrogênio é utilizado na síntese de aminoácidos e bases nitrogenadas. Quando consumidas por herbívoros, essas substâncias fornecem matéria-prima para a produção de moléculas animais. A degradação de proteínas e ácidos nucleicos produz excreções (amônia, ureia e ácido úrico), que retornam ao solo para reiniciar o ciclo.

Desnitrificação

Enquanto parte dos compostos nitrogenados sofre nitrificação, outra parte sofre desnitrificação, processo realizado por bactérias desnitrificantes. Para obter energia, essas bactérias degradam compostos nitrogenados, liberando gás nitrogênio (N₂) de volta à atmosfera.

Ciclo do Oxigênio

O ciclo do oxigênio consiste na passagem de átomos de oxigênio de compostos inorgânicos para substâncias orgânicas dos seres vivos, e vice-versa. Trata-se de um ciclo complexo, pois o oxigênio (O) é utilizado e liberado na forma de substâncias diversas, como gás carbônico (CO₂), gás oxigênio (O₂) e água (H₂O).

O principal reservatório de oxigênio é a atmosfera. O oxigênio (O₂) é utilizado na respiração aeróbica de plantas e animais, formando moléculas de água. O gás carbônico (CO₂) atmosférico é utilizado na fotossíntese, incorporando átomos de oxigênio à matéria orgânica. Pela respiração celular e decomposição, o oxigênio é restituído à atmosfera. Assim, CO₂, O₂ e H₂O estão constantemente trocando átomos durante os processos metabólicos da biosfera.